基于气象卫星数据的三维云景可视化方法研究与实现

【摘要】：基于气象数据的三维云景可视化能够反映真实的天气状况,在气象预报、尤其对云层、台风的观察和预测等方面具有广泛应用,对人类社会和国防建设具有重要意义。计算机图形学领域中对云的模拟效果已经十分逼真,但仍然无法反应真实的天气状况。已有的基于气象卫星二维云图数据的三维云景可视化,虽然能得到三维云景,但是其无法反应真实天气状况下云体的三维信息。基于气象卫星观测数据的三维云景可视化方法可得到真实反映天气状况的云景,但至今还没有直接相关的研究成果报道。本文对基于气象卫星观测数据的三维云景可视化的关键技术进行了较深入的研究并开发了原型系统,取得了良好的实验效果。本文完成的主要工作和贡献如下:1.提出了一种基于气象卫星数据的云粒子建模方法。该方法将借鉴了图形学中云粒子建模原理,将整个空间视为由不同密度的粒子构成的区域,首先由云顶温度/云高/云光学厚度数据得到云谱分布函数;然后根据分布函数得到粒子的半径、密度等属性信息,完成云粒子模型地构建。该方法所构建的云粒子模型能够反映大气空间中的云粒子分布情况。2.提出了一种基于气象卫星数据云宏观参量的云状生成方法。通过云宏观参量中的云高、云光学厚度数据对云区进行云层云状划分;然后结合云粒子建模结果,通过超亚椭圆曲线方程中参数的变化对具有突出几何特征的云进行模拟,得到的云状能够反映真实天气状况下云体的形状特征。3.设计实现了基于气象卫星数据的三维云景可视化原型系统。该系统首先基于云顶温度/云高/云光学厚度数据完成云粒子建模;然后对云层云状进行划分,并生成云的形状;接着计算入射到云中每个粒子处的光照强度;最后计算云中粒子入射到视点的光强,完成三维云景绘制。实验结果表明本文方法可以得到能够真实反应天气状况、且具有较强真实感的三维云景。
【关键词】：气象卫星数据 真实感绘制 云景可视化 三维云景
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP391.41